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Vorrichtung mit einer zentralen Datenverarbeitungseinheit
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und an diese angeschlossenen Untereinheiten Die Erfindung bezieht
sich auf eine Vorrichtung mit einer zentralen Datenverarbeitungseinheit und an diese
angeschlossenen Untereinheiten.
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Es ist bereits eine Vorrichtung bekannt, bei der eine zentrale Datenverarbeitungsanordnung
über einen Kanal aus zahlreichen parallelen Daten- und Steuerleitungen mit mehreren
Untereinheiten verbunden ist (DT- OS 23 15 598).
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Auf den Datenleitungen dieses bekannten Kanals werden im Zeitmultiplex
Adressen und sonstige informationen übertragen. Die Steuerleitungen dienen zur Meldung
der Betriebsbereitschaft oder des Abschlusses der Aufnahme von Adressen oder anderen
Daten und zur Freigabe der auf den Datenleitungen anstehenden Signale.
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Für den Anschluß an den Kanal müssen in den Untereinheiten jeweils
Anpaßschaltungen vorhanden sein. Dabei können Je nach der Länge des Kanals und der
Art der Störbeeinflussung unterschiedliche Spannungspegel für
die
Signale verwendet werden. Weiterhin ergeben sich in Abhängigkeit vom Aufbau der
zentralen Datenverarbeitungseinheit Unterschiede in der Zahl der Daten- und Steuerleitungen.
Die Anpaßschaltung ändern sich deshalb je nach der Art des Übertragungskanals.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit einer
zentralen Datenverarbeitungseinheit und an diese angeschlossenen Untereinheiten
in der Richtung weiterzuentwickeln, daß über eine universelle Schnittstelle beliebige
Untereinheiten ohne Änderungen der Anpaßschaltungen an eine zentrale Datenverarbeitungseinheit
angeschlossen werden können.
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nie Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Untereinheiten
Ausgänge und/oder Eingänge fiir die direkte Verbindung mit einem anderen Teilnehmer
fiir die bitserielle Übertragung von Daten mit festgelegter Übertragungsgescliwindigkelt
aufweisen, daß die Ausgänge und/oder Eingänge der Untereinheiten zu jeweils einem
Eingang und/oder Ausgang der zentralen Datenverarbeitungseinheit iiber Leitungen
parallel geschaltet sind und daß die Ausgänge und/oder Eingang der Untereinheiten
iber je ein auf einer gesonderten Addressenleitung von der zentralen Datenverarbeitungseinhelt
abgebbares Steuersignal in einen hochohmigen Zustand umschaltbar sind.
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In dieser Anordnung werden Ausgänge bzw. Eingänge von Untereinheiten
benutzt, die für eine Punkt- zu-Punkt-Verbindung vorgesehen sind. Insbesondere lassen
si cli Unterei nhei ten mit Telegraphie-Übertragungseinriahtun«gen an die zentrale
Datenverarbeitungseinheit anschließen. Fiir Telegraphie-Übertragung bzw. - Empfang
ausgebildete Anpaßschaltiingen sind für Fernschreiber bereits vorhanden. Auch fiir
zahlreiche andere Untereinheiten, z.B. Datenendstationen, sind diese Anpaßschaltungen
verfligbar. De e gewünschte Übertragungsgeschfindigkei t kann durch Programmierung
dieser
Anpaßschaltungen eingestellt werden. Durch die iibergeordnete
Datenverarbeitungseinheit kannen deshalb zahlreiche Untereinheiten an einem quasi
seriellen Rus betrieben werden. Die Datenverarbeitungseinheit ist beispielsweise
ein Prozeßrechner oder ein Slrogrammierbares Steuergerät. Bei t'en Untereinheiten
kann cs sich ebenfalls um programmi erbare Steuergeräte handeln.
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Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß die Daten mit potentialfreien
Linienströmen iibertragbar sind, daß an jeder Untereinheit der Ausgang und/oder
Eingang iiber ein <>ptoelektri sche s Koppelelement an eine Ausgangs- und/oder
Eingangs lei tung angeschlossen ist und daß iiber das Steuersignal die Eingangsleitung
und/oder die Ausgangsleitung in den hochomigen Zustand umschaltbar, das auf der
Untereinhei tenseite angeordnete Teil des KoppeRelerl1ents zur Vertäuschung des
Linienstroms anregbar und die Untereinheit über einen Meldeeingang auf Warte stellung
umschaltbar ist.
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Durch die galvanische Trennung zwischen den Untereinheiten und dem
gemeinsamen Kanal werden Beeinflussungen durch Störrspannungen weitgehend vermieden.
Hierzu trägt auch die potentialfreie Datenübertragung bei. Die zentrale Datenverarbeitungseinheit
und die Untereinheiten können durch größere Entfernungen voneinander getrennt sein.
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Die Anordnung eignet sich besonders fiir die Steuerung industrieller
Prozesse, wobei die Untereinheiten als Steuergeräte nahe an Maschinen fiir die Be-
oder Verarbeitung von Gegenständen angeordnet sein können, während die zentrale
Datenverarbeitungseinheit, z.B. in einem Leitstand, iibergeordnete Überwachungs-,
Optimierungs und Koordinierungsaufgaben wahrnehmen kann. Befinden sich der Ein-
und Ausgang an einer Untereinheit im hochohmigen Zustand, dann wird der Untereinheit
über die Adressenleitung ein Signal vorgegeben, das diese in die Wartestellung versetzt.
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nei einer zweckmäßigen Ausfiihrungsform ist vorgesehen, dar: die Adressenleitung
mit der Eingangsleitung iiber ein optoelektrisches Koppelelement verbunden ist,
da bei Beaufschlagung mit dem Steuersignal die Eingangsleitung in den hochohmigen
Zustand umschaltet, dan die Adressenleitung jiber einen Widerstand an die Basis
eines Phototransistors angeschlossen ist, der mit dem Eingang der Untereinheit verbunden
ist und daß an die Adressenleitung weiterhin in disjunktiver VErknüpfung mit dem
Ausgang der Untereinheit eine Lumineszenzdiode angeschlossen ist, der in der Ausgangsleitung
ein Phototransi stor zugeordnet ist. Der schaltungstechni sche Aufwand ist bei dieser
Anordnung insofern gering, als nur in der Empfangsleitung ein zusätzliches, kontaktloses
Schaltelement vorhanden ist. Die Sendeleitung wird ohne ein zusätzliches Schaltelement
vom Steuersignal hochohmig geschaltet, r3ei einer giinstigen Ausfiihrungsform weist
die Adressenleitung eine Lumineszenzdiode auf, der ein Linienstrom zuführbar und
ein Pliototransistor zugeordnet i st, mit dem ein im Zuge der Eingangsleitung angeordneter
Serientransistor steuerbar ist. Eine galvanisohe Verbindung zwischen der Empfangleitung
und der Adressenleitung ist nicht vorhanden. Eine Beeinflussung durch Störspannungen
zwi schen den beiden Leitungen wird daher weitgehend vernii edlen.
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Vorzugswei se i st die Adressenleitiing iiber eine Diode und einen
Widerstand an die Basis des Phototransistors angeschlossen, der mit seinem Emitter
an Bezugspotential und mit seinem Kollektor einerseits über einen Widerstand an
Betriebsspannung und andererseits über ein Invertierglied an den Eingang der Untereinheit
angeschlossen ist. Wenn die Adressenleitung das Steuersignal fiihrt, ist der Pbototransistor
über ein Basissignal leitend. Dieses Basissignal entfällt mit der Riicknahme des
Adressensignals.
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Bei leitendem Transistor herrscht am Eingang der Untereinheit hohes
Potential, das dem Lini enstrom zugeordnet
ist. Die Sperrung der
Eingangsleitung und die Signalisierung eines Linienstroms erfordert somit einen
geringen schaltungstechni schen Aufwand.
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Bei einer anderen giinstigen Ausfiilirungsform ist die Luminiszenzdiode
des sendeieitigen optoelektrischen Koppelelements iiber ein ODER-Glied an den Ausgang
und über ein ODER-NICIIT-Glied an die Adressenleitung angeschlossen, während der
Phototransistor mit einem in der Sendeleitung angeordneten Schalttransistor verbunden
ist.
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Wenn die Lumineszenzdiode Licht aussendet, ist der Schalttransistor
gesperrt. Die Leitung wird dadurch hochohmig.
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Die Lumineszenzdiode kann wahlweise vom Ausgang der Untereinheit her
oder von der Adressenleitung aus angesteuert werden.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in einer Zeichnung dargestellten
Ausfiihrungsbeispiels näher erläutert, aus dem sich weitere Merkmale sowie Vorteile
ergeben.
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Es zeigen: Fig. l ein Übersichtshaltbild einer zentralen Datenverarbeitungseinheit
mit an diese angeschlossenen Untereinlieiten, Fig. 2 Einzelheiten der Ein- und Ausgänge
der Untereinheiten und der zentralen Datenverarbei tungseinheit, Fig. 3 Einzelheiten
einer anderen Ausführungsform der Ein- und Ausgänge der Untereinheiten und der zentralen
Datenverarbeitungseinheit.
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Eine zentrale Datenverarbeitungseinheit 1, bei der es sich um einen
Prozeßrechner oder ein programmierbares Steuergerät handeln kann, ist mit einem
Kanal 2 für die bitserielle Ausgabe von Daten und mit einem Kanal 3 für die.bitserielle
Eingabe von Daten verbunden.
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Die Kanäle 2 und 3 bestehen jeweils aus einer Doppel leitung 4 bzw.
5, die in Fig. 2 gezeigt sind. An die Kanäle 2 und 3 sind Untereinheiten 6 angeschlossen.
Die Eingänge der Untereinheiten 6 stehen mit dem Kanal 2 und die Ausgänge der Untereinheiten
6 mit dem Kanal 3 in Verbindung. Dadurch sind die Ausgänge und die Eingänge der
Untereinheiten 6 über die Leitungen 5 bzw 4 zu dem Eingang und dem Ausgang der zentralen
Datenverarbeitungs einheit 1 parallel gelegt.
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Auf den Kanälen 2 und 3 werden die Daten mit einer festgelegten Geschwindigkeit
bitseriell iibertragen.
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Jede Untereinheit 6 ist an eine Adressenleitung 7 angeschlossen. Die
Adressenleitungen 7 werden von der zentralen Datenverarbeitungseinheit 1 mit Steuersignalen
beaufschlagt.
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Durch diese Steuersignale werden die Eingänge und Ausgänge der Untereinheiten
in einen hochohmigen Zustand umgeschaltet.
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Wenn eine Untereinheit 6 mit der Datenverarbeitungseinheizt 1 iii
Verbindiiiig treten soll, werden die Adressenleitungen 7 der anderen Untereinheiten
6 von der Datenverarbeitungseinheit mit den Steuersignalen gespeist.
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Alle Ein- d Ausgänge dieser Untereinheiten sind daher h(lollohmig.
Zwischen der Datenverarbeitungseinheit 1 und der ausgewählten Untereinheit 6 läuft
dann eine bitserielle Übertragung iii Simplex-, Halbduplex- oder Dublexbetrieb ab,
die der Punkt-zu-Punkt Übertragung zwischen verschiedenen Teilnehmern an einem Kanal
entspricht.
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Die Zeichen können in Bezug auf den Code, die Gruppierung, die Geschwindigkeit
und den Pegel mit einem an sich bekannten Telegraphierverfahren auf den Kanälen
2 und 3 ilbertragen werden. Die Umwandlung der für die Telegraphie-Übertragung vorgesehenen
Zeichen in eine für die Verarbeitung in den Untereinheiten 6 oder der Datenverarbeitungs
einheit geeignete Form übernehmen Anpaßschaltungen, in diesen Einheiten. Es lassen
sich also alle Untereinheiten,
die eine Telegraphie-Schnittstelle
fiir die jeweilige Übertragungsgeschwindigkeit enthalten, an die Kanäle 2 bzw. 3
anschließen. Eine Anpassung ist lediglich durch die Umschaltung iiber die Adressenleitung
7 erforderlich.
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Vielfach sind die Anpaßschaltungen einstellbar ausgebildet, so daß
die aiif den Kanälen 2 und 3 benötigte Telegraphiergeschwindigkeit ohne aufwendige
Naßnahmen erreicht wird. Mit der iibergeordneten Datenverarbeitungs einheit 1 können
die Untereinheiten 6 an einem quasi seriellen Diis betrieben werden.
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Die Daten werden auf den Leitungen 4 bzw. 5 mit pbtentialfreien Linienstromen
übertragen. Diese Ströme, z.B. 20 oder 40 mA werden bei Potentialen bis zu 60 V
von der jeweils adressierten Unterstation geliefert.
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Von den Doppelleitungen 4 bzw. 5 zweigen Leitungen bzw. 10, 11 zu
den jeweiligen Untereinheiten 6 ab. An die Leitungen 8, 9 ist ein Phototransistor
12 eines photoelektrischen Koppelelements über einen Wi Widerstand 13 mit t sei
ncr Kollektor-Emi- tterstrecke angeschlossen. Der Kollektor des <le 5 Phototransistors
12 speist die Basis eines weiteren Transistors 14, dessen Kollektor-Emitter-Strecke
zwischen die Leitungen 8, 9 gelegt ist. Das photoelektrische Koppelelement enthält
weiterhin eine Lumineszenzdiode 15, deren Anschlüsse mit dem Ausgang 17 einer Untereinheit
6 und einem Bezugspotentialanschlußpunkt an der Untereinheit 6 verbunden sind.
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Der Eingang i8 an den Untereinheiten ist an einen Phototransistor
19 eines optoelektrischen Koppelelements angeschlossen. Der Emitter des Phott>transi
stors 19 steht mit dem gemeinsamen Anschlußpunkt der Untereinheit 6 in Verbindung.
Zu dem optoelektrischen Koppelement gehört weiterhin eine Lumineszenzdiode 20, die
an die Leitungen 10, 11 angeschlossen ist.
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Im Zuge der Leistungen II bzw. 9 sind nahe an dem Transistor 14 bzw.
der-Lumineszenzdiode 20 Schaltelemente 21, 22 angeordnet, die gemeinsam über das
Steuersignal auf der Leitung 7 gedffnet werden. Durch das Öffnen der Schaltelemente
21, 22 entstehen in dem die Leitungen n, 9 bzw. 10, 11 aufweisenden Stromkreis sehr
ll(he Widerstände, d. h. der jeweilige Ausgang 18 hz. der Eingang ist hochohmig
an die Doppelleitungen 4, 5 angeschlossen. Die Schaltelemente 21, 22 können kontaktlos
ausgebildet sein.
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Der Eingang und der Ausgang der Datenverarbeitungseinheit 1 ist auf
die in Fig. 2 dargestellte Art an die Kanäle 2 und 3 angeschlossen. Lediglich die
Schaltelemente 21, 22 sind ei der Datenverarbeitungseinheit 1 nicht vorhanden. Die
Leitungen 8 bzw. 10 sind also nicht unterbrochen.
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I3ei der in Fig. 3 dargestellten Ausfiiiirungsform entspricht die
senderseitige Anordnung der Leitungen 8, 9, des Transistors 111, des Widerstands
13 und des Phototransistors 12 der Andordnung gemäß Fig. 2. Zwischen Basis und Emitter
des Transistors 12 ist jedoch ein eiterer Widerstand 23 vorhanden. Im Zuge der Leitung
10 ist ein Serientransistor 24 angeordnet, dessen Basis an den Kollektor eines Phototransistors
25 angeschlossen ist, d Teil eines optoelektrischen Koppelelements ist.
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Die Emitter-Koliektor-Strecke des Phototransistors ist in Reihe mit
einem Widerstand 26 zu der Kollektor-Emitter-Strecke des Serientransistors 24 parallel
geschaltet.
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Neben dem Phototransistor 25 enthält das optoelektrische Koppelelement
eine Lumineszenzdiode 27, die im Zuge der Leitung 7 angeordnet ist. Der Lumineszenzdiode
7 ist ein Verstärker 28 nachgeschaltet, dessen Ausgang eine Diode 29 ein ODER-NICHT-Glied
30 und einen Meldeeingang an der Untereinheit 6 speist. An die Diode 29 ist die
Reihenschaltung zweier Widerstände 32, 33 angeschlossen, deren gemeinsamer Anschluß
an die Basis des Phototransistors 19 gelegt ist. Der Emitter des Phototransistors
19
und ein Anschluß des Widerstands 33 sind an Masse als llezugspotential
gelegt. Der Kollektor des P,hototransistors 19 steht einerseits iiber einen Widerstand
34 mit der Betriebsspannung und andererseits iiber ein Invertierglied 35 mit dem
Eingang 18 der Untereinheit 6 in Verbindung.
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Die Lumineszenzdiode 15 auf der Sendeseite ist an Betriebsspannung
und an einen Widerstand 36 angeschlossen.
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Der Widerstand 36 ist einerseits mit dem ODER-NICSIT-Glied 30 und
andererseits mit einem ODER-Glied 37 verbunden. Die Ausgänge der beiden ODER-Glieder
30, 37 bilden eine Wired-OR-Verbindung. Der Eingang des ODER-Glieds 37 wird vom
Ausgang 17 der Untereinheit 6 gespeist.
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er ein Signal auf dem Eingang 31 kann die Untereinheit 6 in Wartestellung
versetzt werden, d.h. die Untereinheit 6 sendet oder empfängt erst dann wieder Daten,
wenn das Signal am Eingang 31 verschwunden ist.
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Um eine Untereinheit 6 in Wartestellung zu versetzen, wird ein hoher
Signalpegel oder ein Linienstrom, denen beispielsweise eine binäre "O" zugeordnet
ist, von der zentralen Einheit 1 auf die entsprechende Leitung 7 übertragen. Durch
die Diode 27 fließt dabei ein Strom, der den Phototransistor 25 durchlässig steuert.
Über den leitenden Transistor 25 wird der Transistor 24 gesperrt. Dadurch entsteht
ein bochohmiger Widerstand, der die Übertragung von Daten auf den Doppelleitungen
nicht in unerwünschter Weise dämpft. Die Lumineszenzdiode 20 sendet infolge der
Sperrung des Transistors 24 kein Licht aus. Die Basis des Transistors 19 erhält
jedoch über denrWiderstand 32, die Diode 29 und den Verstärker 28 einen Strom, durch
den der Transistor 19 leitend wird. Deshalb fließt ein Strom über den Widerstand
34 und den Transistor 19. Am Eingang des Invertierglieds 35 entsteht ein niedriges
Potential, das am Ausgang ein hohes Potential hervorruft. Der Eingang 18 wird demnach
mit einem hohen Potential
beaufschlagt, das auch dann vorliegt,
wenn über die Leitungen 10, 11 und den Transistor 24 nur der Linienstrom übertragen
wird.
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Das ODER-NICtIT-Glied 30 wird am Eingang mit hohem Potential beaufschlagt
und zieht dadurch das Potential am Widerstand 36 auf einen niedrigen Pegel. Über
die Lumineszenzdiode 15 und den Widerstand 36 fließt deshalb ein Strom. Die Lumineszenzdiode
15 sendet Licht aus, durch das der Phototransistor 12 in den leitenden Zustand versetzt
wird. Das Ausgangssignal des Transistors 12 sperrt den Transistor 14, so daß die
Leitungen 8, 9 durch einen hochohmigen Widerstand abgeschlossen sind. Es fließt
zwar noch ein Strom über den Vorwiderstand 13 zum Phototransistor, jedoch kann durch
die Wahl des Verstärkungsverhältnisses des Transistors 14 dieser Strom auf sehr
kleine Werte reduziert werden. Der Transistor 1/1 kann auch als Darlington - Anordnung
ausgebildet sein. Der Widerstand 13 ist bei dem geringen Strombedarf des Phototransistors
12 sehr hochohmig.
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Auch der Transistor 24 kann als Darlington - Anordnung ausgebildet
sein. Dadurch ergibt sich ein sehr hoher Widerstand.
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Wenn die Untereinheit 6 senden oder empfangen soll, wird die Leitung
7 mit einem niedrigen Signalpegel beaufschlagt. Der Transistor 24 wird dadurch leitend
und kann den auf den Leitungen 10, 11 fließenden Linienstrom iibertragen. Dieser
Strom bringt die Lumineszenzdiode 20 zum Leuchten. Der Eingang 18 erhält somit ebenfalls
hohes Potential. Durch das niedrige Potential auf der Leitung 7 sperrt das ODER-NlCIlT-Glied
30. In der Lumineszenzdiode 15 fließt deshalb kein Strom mehr. Der Phototransistor
12 sperrt ebenfalls. Dadurch wird der Transistor 14 leitend und kann den Linienstrom
auf den Leitungen 8, 9 jibernehmen. Wenn die Untereinheit 6 sendet, wird die
Lumineszenzdiode
15 im Takte der vom Ausgang 17 abgegebenen Potentialänderungen iiber das ODER-Glied
leitend oder nichtleitend. Entsprechend wird der Transistor 14 iiber das optoelektrische
Koppelelement angesteuert, so daß der Linienstrom gemäl3 der zu iibertragenden Information
fließt oder unterbrochen wird.
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Der Eingang 18 und der Ausgang 17 kann demnach fiir die bitserielle
Übertragung von Daten zu einem anderen Teilnehmer, d. h. für die Punkt-zu-Punkt
Verbindung> alisgelegt sein. Eine derartige Verbindung kommt zwischen zwei an
die Kanäle 2, 3 angeschlossenen Einheit zustande, wobei die übrigen Teilnehmer 6
hochohmig abgeblockt sind.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung kann die Untereinheit 6
über die Leitung 7 unmittelbar ein Steuersignal auf den Eingang 31 iibertragen.